第六章-1自动控制原理ppt课件.ppt

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1、第六章线性控制系统的设计2010年11月主要内容系统校正设计基础串联校正相位超前校正、相位滞后校正、相位超前-滞后校正、PID控制反馈校正前馈补偿与复合控制2021/9/82引言被控对象确定后，根据要求的控制目标，对控制器进行设计的过程叫作系统校正。Question:什么叫系统的校正？Question:为什么要校正？闭环系统有自动控制功能，在一定范围内可以通过调节增益改变系统性能，但有时不能满足要求。1.控制系统设计和校正设计问题：根据给定被控对象和自动控制的技术要求，进行控制器设计，使控制器与被控对象

2、组成的系统能较好地完成自动控制任务。校正问题：一种原理性的局部设计。在系统的基本部分（通常指对象、执行机构、测量元件等主要部件）已确定的条件下，设计校正装置的传函和调整系统放大倍数，使系统动态性能满足一定的要求。两者区别：设计问题要求设计整个控制器(包括设备选型、可靠性、经济性等实际问题)，而校正问题设计的只是控制器的一部分（校正装置）。2.校正问题的三要素系统基本部分（原有部分、固有部分）：被控对象、控制器基本部分（放大元件、测量元件）。放大元件增益可调，其余参数固定——给定系统的性能要求——给定校正

3、装置：当通过调整放大元件增益仍不能满足系统性能时，需要增加附加装置来改善系统性能——需设计（未知）3.校正装置的实现通常是参数易于调整的专用装置（模电或数电装置）校正方式多样化：串联校正、反馈校正、前馈补偿等注意：校正方案不唯一评价控制系统优劣的性能指标是由系统在典型输入下输出响应的某些特点统一规定的。1.常用时域性能指标（主要对阶跃响应定义）超调量、调节时间、上升时间、稳态误差等。2.常用的频域指标开环频域指标：剪切频率、稳定裕度闭环频域指标：峰值Mr、峰值频率、带宽6.1系统校正设计基础6.1.1性

4、能指标二阶系统频域指标与时域指标的关系谐振频率带宽频率截止频率相位裕度谐振峰值超调量调节时间谐振峰值超调量调节时间高阶系统频域指标与时域指标3.常用的复数域指标通常以系统闭环极点在复平面的分布区域来定义。ηθRemarks:性能指标之间有一定的换算关系，但有时很复杂。动态性能各指标之间对系统的参数与结构的要求往往存在矛盾。稳态误差与稳定性对系统开环增益、积分环节数目的要求；系统快速性与抑制噪声能力对带宽的要求。一个具体系统对指标的要求有所侧重调速系统对平稳性和稳态精度要求严格；随动系统对快速性期望很高。

5、性能指标的提出要有依据，不能脱离实际负载能力的约束；能源功率的约束等。根据校正装置加入系统的方式和所起的作用不同，可将其作如下分类：6.1.2校正方式Remark：串联校正和反馈校正属于主反馈回路之内的校正。前馈补偿和扰动补偿属于主回路之外校正。1.频率法基本思想：利用适当校正装置的Bode图，配合开环增益调整来修改原来开环系统Bode图，使得开环系统经校正和增益调整后的Bode图符合性能指标要求。原开环Bode图＋校正环节Bode图＋增益调整＝校正后的开环Bode图6.1.3校正设计的方法2.根轨迹法

6、基本思想：在系统中加入校正装置，相当于增加了新的开环零极点，使校正后的闭环根轨迹向有利于改善系统性能的方向改变。基于频率法的校正相位超前校正、相位滞后校正、相位超前-滞后校正基于根轨迹法的校正相位超前校正、相位滞后校正相位超前-滞后校正基本控制规律：PID控制6.2串联校正根据系统开环频率特性与系统性能指标密切相关，将串联校正问题归纳为三类：1.如系统稳定且有较满意的稳态误差，但其动态性能较差，则应改变系统的中频段和高频段，以改变截止频率和相角裕度；2.如果系统稳定且有较满意的暂态响应，但稳态误差太大，

7、这就必须增加低频段增益，同时保持中、高频特性不变；3.如果一个系统的稳态和动态性能均不能令人满意，就必须增加低频增益，并改变中频段和高频段。对应上面三种情况的BODE图：c）低中高频段均改变b）改变高频段a）改变低频段无源超前校正网络1.传递函数：6.2.1相位超前校正其中分度系数的选择2、超前网络的作用2.超前校正应用举例例:设一系统的开环传递函数：若要使系统的稳态速度误差系数Kv=12s-1，相位裕量400，试设计一个校正装置。解：(1)  根据稳态误差要求，确定开环增益K。画出校正前系统的伯德图

8、，求出相角裕量和增益剪切频率ωc0即k=12校正前系统的频率特性作出伯德图，求出原系统=150，ωc0＝3.5rad/s.(2)根据要求相角裕量，估算需补偿的超前相角。=Δθ+ε=+ε式中Δθ=，习惯上又称它为校正装置相位补偿的理论值。=Δθ+ε，称为校正装置相位补偿的实际值。当ω在ωc0处衰减变化比较缓慢时，取=Δθ+ε=400-150+50=300(ε取50)增量ε（一般取50120）是为了补偿校正后系统增益剪切频率增大（右移）所引起